CN213348927U - 一种用于制备真空光感键合微流控生物芯片的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于制备真空光感键合微流控生物芯片的装置。在已制备有微流控结构的石英基底顶面边缘和石英盖板底面边缘分别制作环形粘合槽，石英盖板顶面开设两个导流导气孔，导流导气孔下端连通盖板粘合槽；将石英基底与石英片盖板上下对准贴合，盖板粘合槽与基底粘合槽连通形成粘合通道，石英基底与盖板粘合槽围成中间区域间的间隙(微流控通道)与石英基底表面的微流控结构形成微流控结构区。本实用新型装置能解决热压键合封装中由于高压、高温产生气泡、胶体外溢到结构区和基底损坏的键合缺陷，还用于微流控生物芯片的快速封装制备。

Description

一种用于制备真空光感键合微流控生物芯片的装置

技术领域

本实用新型涉及微流控生物芯片制造过程中的装置，具体是涉及了一种用于制备真空光感键合微流控生物芯片的装置。

背景技术

键合技术是微流控生物芯片制备过程中的关键技术，现常用的键合技术多是采用热压键合技术。其不必再真空的环境下进行，但是由于热压键合技术高温、高压的工艺条件，导致键合工艺周期较长、键合的缺陷较多，键合质量差，严重影响产品检测的可靠性。

现目前的键合装置分别将基底和盖板上下放置固定在两个机械卡槽上，然后进行对准并将基底和盖板初步贴合。紧接着对贴合后的基底和盖板进行加热，将其加热到100-1000°使其界面上发生化学反应后施加一定的机械力从而达到键合。这种高温条件，基底和盖板材料快要达到物体的熔融状态，在直接施加机械力的作用下基底和盖板刚性接触，极易发生形变和微流控结构的损伤。而且对于现目前多数的微流控生物芯片的装置，基底和盖板上没有开设有粘合槽或者是开设有的粘合槽是通过注塑来实现，增加了工艺复杂度，所以导致其制备周期长，且用于注塑的材料为热塑性的树脂材料，热压键合时键合缺陷多，良率低，键合质量不好。

因此，亟待开发一种可以在常温、低压下快速键合的微流控生物芯片的装置，避免键合缺陷，提升微流控生物芯片的键合质量与良率。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述现有微流控生物芯片在键合封装技术中存在的微流体管道发生严重的形变或者是微流控结构被破坏，以及键合过程中胶体外溢到结构区等缺陷，提供一种用于制备真空光感键合微流控生物芯片的装置，避免出现上述键合工艺中的封装缺陷。采用本实用新型的装置进行制备能避免上述常用的键合工艺在键合工艺中存在的缺陷，提升微流控生物芯片封装的质量，从而提高微流控生物芯片检测结果的准确性和可靠性。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型包括石英基底和石英盖板，石英基底顶面边缘制作开设环形的基底粘合槽，石英盖板底面边缘制作开设环形的盖板粘合槽，基底粘合槽和盖板粘合槽上下对齐；石英盖板顶面开设第一导流导气孔、第二导流导气孔的两个导流导气孔，第一导流导气孔和第二导流导气孔下端穿过石英盖板分别贯穿连通到盖板粘合槽上的两处；将石英基底与石英盖板上下对准贴合，盖板粘合槽与基底粘合槽连通形成共同的粘合通道，石英基底在基底粘合槽围成的中间区域与石英盖板在盖板粘合槽围成的中间区域之间具有间隙(微流控通道)与石英基底表面的微流控结构形成的微流控结构区。第一导流导气孔、第二导流导气孔的其中之一用于连通真空源，另一个用于填入紫外光固化胶粘剂。

所述的盖板粘合槽的外边缘径向向外突出于盖板粘合槽的外边缘，使得在盖板粘合槽外边缘径向向外突出于盖板粘合槽外边缘的地方形成用于容置多余紫外光固化胶粘剂的台阶。

所述的第一导流导气孔和第二导流导气孔连通到矩形的盖板粘合槽相邻的两角处。

所述的石英盖板顶面中央开设有检测孔，检测孔下端穿过石英盖板贯穿连通到微流控结构区。

所述石英盖板采用石英片或者打磨抛光处理的肖特玻璃、纳钙玻璃。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过在基底和盖板形成粘合槽，胶体填充到对准贴合后形成的粘合通道内，不会在基底和盖板之间引入多余胶层。

采用本实用新型装置制备过程中，能避免了现有微流控生物芯片在键合工艺过程中存在的微流体管道发生严重的形变或者是微流控结构被破坏，以及粘合过程中胶体外溢到结构区的缺陷，解决热压键合工艺中由于高压、高温产生气泡、胶体外溢到结构区和基底损坏等质量问题，还实现微流控生物芯片的快速封装。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型做详细的描述，其中：

图1为本实用新型装置的结构图。

图2(a)为制备过程中具有环形粘合槽和导流/导气孔的石英盖板情况示意图。

图2(b)为在微流控结构四周制备具有环形粘合槽的石英基底情况示意图。

图2(c)为盖板与基底进行对准情况示意图。

图2(d)为盖板与基底对准贴紧后注入胶体，抽真空并进行紫外曝光情况示意图。

图2(e)为本实用新型键合完成后微流控生物芯片封装片结果示意图。

图中：石英基底(1)、石英盖板(2)、基底粘合槽(11)、盖板粘合槽 (21)、第一导流导气孔(22)、第二导流导气孔(23)、检测孔(24)、粘合通道(3)、微流控结构区(4)。

具体实施方式

为使得本实用新型的技术方案更加清晰，以下将结合附图，对本实用新型的优选实施列进行详细的描述。

如图1所示，具体实施的装置包括石英基底1、石英盖板2、基底粘合槽11、盖板粘合槽21、第一导流导气孔22、第二导流导气孔23和微流控结构区4；在石英基底1顶面边缘制作开设环形的基底粘合槽11，在石英盖板2底面边缘制作开设环形的盖板粘合槽21，基底粘合槽11和盖板粘合槽21上下对齐，盖板粘合槽21与基底粘合槽11均为矩形的环形槽；石英盖板2顶面开设第一导流导气孔22、第二导流导气孔23的两个导流导气孔，第一导流导气孔22和第二导流导气孔23下端穿过石英盖板2分别贯穿连通到盖板粘合槽21上的两处，具体是连通到矩形的盖板粘合槽21相邻的两角处。

将石英基底1与石英盖板2上下对准贴合，盖板粘合槽21与基底粘合槽11 重合连通形成共同的粘合通道3，石英基底1在基底粘合槽11围成的中间区域与石英盖板2在盖板粘合槽21围成的中间区域之间具有的间隙作为微流控通道，其与已在石英基底表面制备的微流控圆孔结构形成微流控结构区4；第一导流导气孔22、第二导流导气孔23的其中之一连通真空源，另一个填入紫外光固化胶粘剂。

盖板粘合槽21的外边缘径向向外突出于盖板粘合槽21的外边缘，使得在盖板粘合槽21外边缘径向向外突出于盖板粘合槽21外边缘的地方形成用于容置多余紫外光固化胶粘剂的台阶，盖板粘合槽21的内边缘径向平齐于盖板粘合槽21的内边缘。

石英盖板2顶面中央开设有检测孔24，检测孔24下端穿过石英盖板2贯穿连通到微流控结构区4；在微流控结构区4通过生物手段制作获得微流控生物芯片。检测孔24用于将待检物——血液流通导入到石英盖板2与石英基底1键合形成的微流控结构区4中的微流控圆孔结构中，其对特定尺寸(直径2um)的细胞进行筛选；用于将生物试剂或者是荧光标记物导入到已筛选到细胞的微流控圆孔结构，得到检测结果。

本实用新型所述石英基底厚0.55cm，石英盖板厚0.2cm。石英基底微流控结构四周粘合槽深0.5mm，宽为1mm，石英盖板粘合槽深度为0.5mm，宽度为 1.2mm。

本实用新型所述微流控生物芯片，石英基底表面微流控结构通过纳米压印工艺——刻蚀工艺制备形成，其深宽比为2u/1.5u，线宽600nm，大量规则排列的圆孔。

具体制备过程是在真空源的真空环境作用下负压使粘合通道3中的空气从其中一个导流导气孔排出抽出，从而使石英盖板2与石英基底1紧密贴合，紫外光固化胶粘剂从另一个导流导气孔进入粘合通道3中并逐渐充满整个粘合通道3，最后通过对粘合通道3中的紫外光固化胶粘剂进行紫外曝光使紫外光固化胶粘剂快速固化，将石英盖板2与石英基底1快速键合。

本实用新型具体实施的制备封装过程按如下步骤进行：

先在石英基底1上微流控结构四周制作环形的基底粘合槽11，粘合槽11通过注塑工艺进行制备，如图2(a)所示；

接着，通过使用机械冷加工的工艺方法在石英盖板2下方四周制作与微纳结构四周粘合槽对等位置的盖板粘合槽21，盖板四周的盖板粘合槽21边缘处略宽于微纳结构四周粘合槽，即沿径向突出；并且通过使用机械打孔的工艺在石英盖板2上方的任意一侧边角各制作一个导流导气孔22、23使其与盖板下方的盖板粘合槽21相接，如图2(b)所示；

接着，将石英盖板2与石英基底1对准，如图2(c)所示，对准贴合后，盖板粘合槽21与基底粘合槽11上下对齐后形成环形且密闭的粘合通道3，如图 1所示；

接着，从任意一个导流导气孔注入紫外光固化胶粘剂，然后抽真空使石英盖板2与石英基底1紧密贴合，待紫外光固化胶粘剂填满粘合通道后，使用紫外灯对使粘合通道3内的紫外光固化胶粘剂曝光固化，如图2(d)所示，将石英盖板2与石英基底1键合，如图2(e)所示。

按照本发明装置的制备封装，没有高温、高压的键合条件，不会对基底及微流控结构造成损伤；由于盖板与基底预先对准贴紧，通过导流导气孔注入的紫外光固化胶粘剂仅留在粘合通道，又因为盖板四周的粘合槽边缘处略宽于微纳结构四周粘合槽，多余的胶体不会外溢到基底与盖板之间的平面内或微纳结构区4，如图1所示。

本实施例中紫外光固化胶粘剂，由主体树脂氨基甲酸脂—丙烯酸酯，光引发剂乙酰苯，光敏剂二苯甲酮和助剂增塑剂—邻苯二甲酸二乙酯、硅偶联剂—丙烯酸缩水甘油构成。

本实施例中为了使紫外光固化胶粘剂深度固化，使用波长365nm，UV强度 100mw/_c㎡的长波黑斑效应紫外线，灯泡功率为100W/cm弧长的光源对其曝光 30秒。

本实施例中使用打磨抛光处理的石英片作为盖板，可以提升封装后的微流控生物芯片检测的透光率。

综上所述，本实用新型提供的装置，能够在制备时避免微流体管道发生严重的形变或者是微流控结构被破坏，粘合过程中胶体外溢到结构区等缺陷，提升了微流控生物芯片封装良率和质量的同时，还进一步提升了封装速率。

以上所述是本实用新型应用的技术原理和具体实施例，依据本实用新型的构想所做的等效变换，只要其所运用的方案仍未超出说明书和附图所涵盖的精神时，均应在本实用新型的范围内，特此说明。

Claims (5)

1.一种用于制备真空光感键合微流控生物芯片的装置，其特征在于：包括石英基底(1)和石英盖板(2)，石英基底(1)顶面边缘制作开设环形的基底粘合槽(11)，石英盖板(2)底面边缘制作开设环形的盖板粘合槽(21)，基底粘合槽(11)和盖板粘合槽(21)上下对齐；石英盖板(2)顶面开设第一导流导气孔(22)、第二导流导气孔(23)的两个导流导气孔，第一导流导气孔(22)和第二导流导气孔(23)下端穿过石英盖板(2)分别贯穿连通到盖板粘合槽(21)上的两处；将石英基底(1)与石英盖板(2)上下对准贴合，盖板粘合槽(21)与基底粘合槽(11)连通形成共同的粘合通道(3)，石英基底(1)在基底粘合槽(11)围成的中间区域与石英盖板(2)在盖板粘合槽(21)围成的中间区域之间具有间隙并作为用于微流控生物芯片形成的微流控结构区(4)。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备真空光感键合微流控生物芯片的装置，其特征在于：所述的盖板粘合槽(21)的外边缘径向向外突出于盖板粘合槽(21)的外边缘，使得在盖板粘合槽(21)外边缘径向向外突出于盖板粘合槽(21)外边缘的地方形成用于容置多余紫外光固化胶粘剂的台阶。

3.根据权利要求1所述的一种用于制备真空光感键合微流控生物芯片的装置，其特征在于：所述的第一导流导气孔(22)和第二导流导气孔(23)连通到矩形的盖板粘合槽(21)相邻的两角处。

4.根据权利要求1所述的一种用于制备真空光感键合微流控生物芯片的装置，其特征在于：所述的石英盖板(2)顶面中央开设有检测孔(24)，检测孔(24)下端穿过石英盖板(2)贯穿连通到微流控结构区(4)。

5.根据权利要求1所述的一种用于制备真空光感键合微流控生物芯片的装置，其特征在于：所述石英盖板(2)采用石英片或者打磨抛光处理的肖特玻璃、纳钙玻璃。

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